【正文】 第五章 異步電動機 異步電動機的結構和工作原理 異步電動機的運行分析 三相異步電動機的機械特性 三相異步電動機參數的測定 三相異步電動機的工作特性 三相異步電動機的起動、調速 三相異步電動機的工作原理、用途、分類及結構，三相異步電動機的不同狀態(tài)下的電磁關系，三相異步電動機的功率和轉矩關系，工作特性、機械特性、參數測定，三相異步電動機的啟動、調速。 。 、分類、結構、額定值及運行方式。 。 、轉矩及運行性能、參數測定。 、調速方法。 教學內容： 教學目的和要求： 重點 難點： 三相感應電動機的工作原理，運行原理，功率和轉矩關系，工作特性、機械特性、參數測定，三相異步電動機的啟動、調速。 異步電動機的結構和工作原理 異步電動機的主要用途和分類 異步電動機的 缺點 :功率因數較差。異步電動機運行時，必須從電網里吸收落后性的無功功率，它的功率因數總是小于１。 異步電機主要作用電動機， 作用 是去拖動各種生產機械 。 異步電動機的 優(yōu)點 :結構簡單、容易制造、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高和具有適用的工作特征。 此外，根據電機定子繞組上所加電壓的大小，又有高壓異 步電動機、低壓異步電動機之分。從其它角度看，還有高起動 轉矩異步電機、高轉差率異步電機、高轉速異步電機等等。 分類 （ 1）按定子相數分有 ① 單相異步電動機；② 兩相異步電動機；③ 三相異步電動機。 （ 2）按轉子結構分有 ① 繞線式異步電動機；② 鼠籠式異步電動機。后者又包括單鼠籠異步電動機、雙鼠籠異步電動機和深槽式異步電動機 。 異步電動機在結構上主要由定子、轉子、氣隙組成。 異步電動機的主要結構 一、異步電動機的定子 ： 異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定子繞組三個部分 組成的。 定子鐵心 ：是電動機磁路的一部分，裝在機座里。為了降低定子鐵心里的鐵損耗，定子鐵心常用，在硅鋼片的兩面還應途上絕緣漆。下圖所示為定子槽 ,其中 (a)是開口槽，用于大、中型容量的高壓異步電動機中； (b)是半開口槽，用于中型 500V以下的異步電動機中；(c)是半閉口槽，用于低壓小型異步電動機中。 機座 ：主要是為了固定與支撐定子鐵心。如果是端蓋軸承電機，還要支撐電機的轉子部分。因此，機座應有足夠的機械強度和剛度。對中、小型異步電動機，通常用鑄鐵機座。對大型電機，一般采用鋼板焊接的機座，整個機座和座式軸承都固定在同一個底板上。 定子繞組 ： 高壓大、中型容量的異步電動機定子繞組常采用 Y接，只有三根引出線，如圖 (a)所示。對中、小容量低壓異步電動機，通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來，根據需要可接成 Y形或△形，如圖 (b)所示。定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導線繞成，嵌在定子槽內。 1）籠型轉子：籠型繞組是一個自己短路的繞組。在轉子的每個槽里放上一根導體，在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來，形成一個短路的繞組。如果把轉子鐵心拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀像個松鼠籠子，如圖（ a) 所示，因此又叫鼠籠轉子。導條的材料有用銅的，也有用鋁的。 異步電動機的氣隙比同容量直流電動機的氣隙小得多，在 中、小型異步電動機中，氣隙一般為 ~。 三、異步電動機的轉子： 二、氣隙： 異步電動機的轉子是由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成的 。 轉子鐵心 ： 是電動機磁路的一部分，它用 片疊壓而成。鐵心固定在轉軸或轉子支架上，整個轉子的外表呈圓柱形。 轉子繞組 ： 分為籠型和繞線型兩類。 2）繞線型轉子：繞線型轉子的槽內嵌放有用絕緣導線組成的三相繞組，一般都聯(lián)接成 Y形。轉子繞組的三條引線分別接到三個滑環(huán)上，用一套電刷裝置引出來，如圖所示。這就可以把外接電阻串聯(lián)到轉子繞組回路里去，以改善電動機的啟動性能或調節(jié)電動機的轉速。 與籠型轉子相比較，繞線型轉子結構稍復雜，價格稍貴，因此只在要求起動電流小，起動轉距大，或需平滑調速的場合使用。 電機產品的型號一般采用大寫印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯數字組成。其中漢語拼音字母是根據電機的全名稱選擇有代表意義的漢字，再用該漢字的第一個拼音字母組成。例如 Y系列三相異步電動機表示如下： Y 100 L 1 2 異步電動機 極數 鐵心長度代號 機座中心高 機座長度代號 異步電動機的銘牌數據 三相異步電動機的銘牌上標明電機的型號、額定數據等。 一、異步電動機的型號 ： 我國生產的異步電動機種類很多，下面列出一些常見的產品系列。 ? Y系列為小型鼠籠全封閉自冷式三相異步電動機。用于金屬切削機床、通用機械、礦山機械、農業(yè)機械等。也可用于拖動靜止負載或慣性負載較大的機械，如壓縮機、傳送帶、磨床、錘擊機、粉碎機、小型起重機、運輸機械等。 ? JQ2 和 JQO2系列是高起動轉矩異步電動機，用在起動靜止負載或慣性負載較大的機械上。 JQ2 是防護式和 JQO2是封閉式的。 ? JS系列是中型防護式三相鼠籠異步電動機。 ? JR系列是防護式三相繞線式異步電動機。用在電源容量小、不能用同容量鼠籠式電動機起動的生產機械上。 ? JSL2 和 JRL2系列是中型立式水泵用的三相異步電動機，其中 JSL2 是鼠籠式，JRL2是繞線式。 JZ2 和 JZL2系列是起重和冶金用的三相異步電動機， JZ2是鼠籠式， JZL2是繞線式。 ? JD2 和 JDO2系列是防護式和封閉式多速異步電動機。 ? BJO2 系列是防爆式鼠籠異步電動機。 ? JPZ系列是旁磁式制動異步電動機。 ? JZZ系列是錐形轉子制動異步電動機。 ? JZT系列是電磁調速異步電動機。 其他類型的異步電動機可參閱產品目錄。 （ 6）額定功率因數 指電動機加額定負載時，定子邊的功率因數。 N?cos二、異步電動機的額定值 ： 異步電動機的額定值包含下列內容： （ 1）額定功率 PN 指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率，單位是 kw。 （ 2）額定電壓 UN 指額定運行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，單位為 V。 （ 3）額定電流 IN 指電動機在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為 A。 （ 4）額定頻率 f 指我國規(guī)定工業(yè)用電的頻率是 50Hz。 （ 5）額定轉速 n 指電動機定子加額定頻率的額定電壓，且軸端輸出額定功率時電機的轉速，單位為 r/min 。 異步電動機的工作原理 三相異步電動機定子接三相電源后，電機內便形成圓形旋轉磁動勢，圓形旋轉磁密，設其方向為逆時針轉，如圖所示。若轉子不轉，轉子鼠籠導條與旋轉磁密有相對運動，導條中有感應電動勢 e，方向由右手定則確定。由于轉子導條彼此在端部短路，于是導條中有電流，不考慮電動勢與電流的相位差時，電流方向同電動勢方向。這樣，導條就在磁場中受力 f，用左手定則確定受力方向，如圖所示。 動畫 轉子受力，產生轉矩 T，為電磁轉矩，方向與旋轉磁動勢同方向，轉子便在該方向上旋轉起來。轉子旋轉后，轉速為 n，只要 n＜ n1（ n1為同步轉速），轉子導條與磁場仍有相對運動，產生與轉子不轉時相同方向的電動勢、電流及受力，電磁轉矩 T仍舊為逆時針方向，轉子繼續(xù)旋轉，穩(wěn)定運行在 T=TL情況下。 11nnns ??轉差率是異步電機的一個基本物理量，它反映電機的各種運行情況。 轉子未 轉動 時， 。1,0 ?? sn 電機理想空載時 ， .0,1 ?? snn作為電動機，轉速在 1~0 n 范圍內變化，轉差率在 0~1范圍內變化。 額定運行時，轉差率一般在 ~，即電機轉速接近同步轉速。 s n ) n n ( n n 為 轉差率 的比值稱 與 同步轉速 之差 和轉子轉速 同步轉速 1 1 1 ? 異步電機的三種運行狀態(tài) 根據轉差率的大小和正負 ,異步電機有三種運行狀態(tài) 機械能轉變?yōu)殡娔? 電能和機械能變成內能 電能轉變?yōu)闄C械能 能量關系 制動 制動 驅動 電磁轉矩 轉差率 轉速 外力使電機快速旋轉 外力使電機沿磁場反方向旋轉 定子繞組接對稱 10 nn ?? 0?n 1nn ?1?s 0?s狀態(tài) 電動 電磁制動 發(fā)電 實現(xiàn) 1 0 ＜ s＜ 異步電動機的運行分析 三相異步電動機轉子不轉、轉子繞組開路時的電磁關系 一、正方向的規(guī)定： 轉子不轉的三相異步電機，相當于一臺副邊開路的三相變壓器，其中定子繞組是原繞組，轉子繞組是副繞組，只是在磁路中，異步電機定、轉子鐵心中多了一個空氣隙磁路而已。 二、 磁通及磁動勢： 勵磁磁動勢： 我們給異步電動機通入對稱的三相交流電時，將會在氣隙中會產生一個旋轉的氣隙磁場，這個旋轉的磁場會同時切割定轉子繞組，這樣，在兩個繞組內會產生相應的感應電動勢，但是由于轉子繞組是開路的所以，沒有電流，即沒有磁動勢，由此可見，在這種情況下，整個氣隙磁場全部是由定子繞組內的三相對稱電流產生，為此，這時定子磁動勢 又叫 勵磁磁動勢， 定子電流 亦叫 勵磁電流。 0I0F4）瞬間位置： 正如前面所分析的，當 A相電流達到正最大 時，它所對應的磁動勢也達到正最大。 而由于整個分析過程是完全對稱的，所以我們在分析時僅以 A相為例來進行講解?？梢姡呻娏鳟a生的旋轉磁場的磁動勢的特點是： 1）幅值 ： 0110110 2423 IpkNIpkNF dpdp ???2）轉向 ： 逆時針轉向。 A1— B1— C1 3）轉速 ： 相對于定子繞組以角頻率 旋轉。 60/2 11 pn?? ? 漏磁通 ： 只交鏈定子繞組就形成閉合回路 ， 用 表示 。 它主要包括有槽部漏磁通、端部漏磁通、諧波漏磁通。 1s? 主磁通和漏磁通： 主磁通 ： 同時交鏈定子、轉子、氣隙構成閉和回路的磁通，氣隙里每極主磁通量用 Φm 表示； 由于氣隙是均勻的，勵磁磁動勢 F0產生的主磁通 Φ m所對應的氣隙磁密是一個在氣隙中旋轉、在空間按正弦分布的磁密。用空間向量表示為 ， 的位置在其最大值處， 為是氣隙磁密的最大值。氣隙里每極主磁通為： ?B? ?B??B?lBm ?? ?2??